Description des stations et des scénarios modélisés

Nous avons étudié deux usines d’épuration afin de vérifier la validité des résultats du logiciel.

Ces deux stations sont décrites ci-dessous. Nous présenterons également les hypothèses de

l’étude ainsi que la chaîne de traitement des boues considérées.

1.1.3.1/ STEP A

• Présentation de la station

Cette station a été décrite en partie II/ I/ 1/.

• Hypothèses

Les hypothèses de cette station ont été décrites en partie II/ I/ 6/. Toutefois certaines

modifications ont été opérées :

- pour comparer des stations qui remplissent exactement les mêmes fonctions, l’étape de

traitement des odeurs de la STEP A sera exclue puisque la STEP B ne possède pas cette

fonction. La seule conséquence porte sur la consommation électrique de la station :

celle-ci passe de 4 370 000 à 4 240 000 kWh/ an.

- les réactifs autres que la chaux et le chlorure ferrique seront négligés puisqu’ils ont un

impact très faible comme l’a montré le cas d’étude de la partie II.

- la consommation électrique de la STEP A n’est détaillée à chacun des procédés que

pour l’année 2004. Nous considérerons donc ici les performances de la chaîne de

traitement des boues de cette année. Les hypothèses techniques modifiées sont les

suivantes :

- quantités de boues en entrée de filières : 2580 t MS /an à 1% de siccité,

- boues produites : 3734 t MS /an à 33 % de siccité,

- consommation en réactifs :

Chaux éteinte Ca(OH)₂ 906 t / an Cond. des boues

Chlorure ferrique FeCl3 566 t / an Cond. des boues

REACTIF QUANTITE UNITE UTILISATION

• Données sur la chaîne de traitement des boues

La filière boue ainsi que les caractéristiques des boues aux différentes étapes de traitement

sont décrites à la figure 32 :

2451 t MS/an ; 4,5% de siccité ; 70 % MV 3734 t MS/an ; 33 % de siccité ; 40 % MV 2580 t MS/an ; 1 % de siccité ; 70 % MV

FLOTTATION

CONDITIONNEMENT

FILTRE PRESSE

2451 t MS/an ; 4,5% de siccité ; 70 % MV 3734 t MS/an ; 33 % de siccité ; 40 % MV 2580 t MS/an ; 1 % de siccité ; 70 % MV

FLOTTATION

CONDITIONNEMENT

FILTRE PRESSE

Figure 32 : Description de la chaîne de traitement des boues de la STEP A

1.1.3.2/ STEP B

• Présentation de la station

Mise en eau en 2000, la STEP B est dimensionnée pour traiter 90 000 E.H.

Les eaux usées arrivant à la station sont prétraitées (dégrillage, dégraissage, dessablage). Les

postes de prétraitements sont enfermés dans un bâtiment ventilé, mais non désodorisé par un

procédé chimique ou biologique. Les graisses sont injectées dans le digesteur anaérobie des

boues. Les autres déchets des prétraitements sont évacués en centre de stockage. La station

accueille également des matières de vidange et des matières de curage. Entre 2003 et 2004,

années considérées pour les données, le volume moyen d’eaux usées traitées sur la station est

3 640 000 m

³

/ an.

Les eaux prétraitées sont ensuite envoyées vers un décanteur primaire puis vers trois files

identiques de traitement biologique par boue activée en faible charge (aération fines bulles).

La première étape est un traitement en anaérobiose qui permet une déphosphatation par voie

biologique. Puis un bassin d’aération assure le traitement de la pollution organique et la

nitrification tandis qu’une zone anaérobie permet la dénitrification. Les clarificateurs séparent

l’eau de la boue. Avant d’être rejetée dans le cours d’eau, l’eau usée dépolluée traverse deux

lagunes. Ces lagunes ne sont pas considérées comme un traitement tertiaire mais ont été mises

en place suite à un plan d’aménagement des écosystèmes, démarche imposée par la

réglementation locale pour un projet d’épuration. Les boues biologiques sont soit recyclées en

tête du bassin en anaérobiose, soit extraites vers la file de traitement des boues avec les boues

primaires.

Les boues extraites du décanteur primaire sont dirigées vers un épaississeur statique gravitaire

(siccité boues épaissies : 6 %). La boue biologique pompée des clarificateurs est épaissie par

un tambour rotatif (système d’épaississement dynamique, siccité boues épaissies : 6 %). Une

fois épaissies, les boues primaire et biologique sont injectées séparément dans un digesteur

mésophile (température du réacteur : 35°C). Le temps de séjour des boues est d’environ 30

jours. Le digesteur est agité par un pompage permanent. Ce dernier assure également le

maintien en température de la boue qui traverse des échangeurs de chaleur boue/eau chaude,

l’eau chaude provenant de la cogénération.

Le digesteur produit du biogaz qui est stocké dans un réservoir adapté. Puis le biogaz est

dirigé à débit constant vers deux cogénérateurs (moteurs à biogaz) qui produisent

simultanément de l’électricité et de la chaleur (sous forme d’eau chaude). La chaleur est

utilisée pour le chauffage du digesteur et celui des locaux. L’électricité est revendue au

réseau. En sortie du digesteur, les boues sont stockées provisoirement dans des silos puis

déshydratées par filtre bande (siccité sortie 18 %). Enfin les boues sont évacuées et stockées à

l’extérieur de la station en attendant la période d’épandage. La filière épandage respecte la

réglementation locale. La quantité moyenne de boues produites entre 2003 et 2004 est 985 t

MS à 18 %.

Bassin anaérobiose Prétraitements Eaux usées Bassin d’aération + zone anaérobie

Digestion Silo boues

Eaux usées traitées

Epaississement statique

Déshydratation ^{Boues vers} _stockage et épandage Station de curage Matière de vidange Graisses Clarificateur Déchets vers décharge Décantation primaire Epaississement dynamique Biogaz Bassin anaérobiose Prétraitements Eaux usées Bassin d’aération + zone anaérobie

Digestion Silo boues

Eaux usées traitées

Epaississement statique

Déshydratation ^{Boues vers} _stockage et épandage Station de curage Matière de vidange Graisses Clarificateur Déchets vers décharge Décantation primaire Epaississement dynamique Biogaz

• Hypothèses

Les données présentées ci-dessous correspondent aux moyennes des paramètres issus des

relevés annuels fournis par l’exploitant pour les deux années 2003 et 2004.

- Consommation en réactifs :

Chlorure ferrique FeCl₃ 59 t / an Trait. Phosphore

Polymère 22 t / an Epaississement & Déshydratation

REACTIF QUANTITE UNITE UTILISATION

Tableau 33 : Consommation en réactifs de la STEP B

- Energie :

L’énergie électrique de la station est celle relevée par l’opérateur du réseau local. La valeur

considérée est environ 1 520 000 kWh /an. La consommation de chaque poste de traitement a

également été évaluée.

- Traitement de l’eau et rejet à la rivière :

Les paramètres analytiques décrivant l’état de l’eau usée en entrée et celui de l’eau traitée

rejetée dans le milieu naturel sont présentés dans le tableau 36.

EAU ENTREE

Paramètre MES DBO5 DCO NTK N-NH4 N-NO2 N-NO3 NGL PT Concentration (mg / L) n.d. 412 816 n.d. 64 n.d. n.d. 103 11

Flux (kg /an) n.d. 1 435 170 2 955 731 n.d. 210 676 n.d. n.d. 358 150 39 058 EAU SORTIE

Paramètre MES DBO5 DCO NTK N-NH4 N-NO2 N-NO3 NGL PT Concentration (mg / L) n.d. 6 40 n.d. 0,3 0,04 8,33 13 1

Flux (kg /an) n.d. 20 231 151 480 n.d. 1 032 47 223 3 601

Rendement (%) n.d. 98,6 94,9 n.d. 99,5 86,8 90,8 n.d. : valeurs non disponibles

Tableau 34 : Paramètres de l’eau en entrée et en sortie de la STEP B

• Données sur la chaîne de traitement des boues

La filière boue de la STEP B est présentée dans la figure 34 ainsi que les caractéristiques des

boues :

1427 t MS/an ; 6 % de siccité ; 74 % MV

985 t MS/an ; 18 % de siccité ; 58 % MV Boues primaires : 721 t MS/an ; 5 % de siccité ; 76 % MV

EPAISSISSEMENT

DIGESTION ANAEROBIE

FILTRE BANDE

FILTRE ROTATIF

Boues secondaires : 782 t MS/an ; 1 % de siccité ; 72 % MV

870 t MS/an ; 3 % de siccité ; 58 % MV

COGENERATION

MOTEUR A BIOGAZ Biogaz : 570 000 Nm3/an Electricité : 906 500 kWh /an 1427 t MS/an ; 6 % de siccité ; 74 % MV 985 t MS/an ; 18 % de siccité ; 58 % MV Boues primaires : 721 t MS/an ; 5 % de siccité ; 76 % MV

EPAISSISSEMENT

DIGESTION ANAEROBIE

FILTRE BANDE

FILTRE ROTATIF

Boues secondaires : 782 t MS/an ; 1 % de siccité ; 72 % MV

870 t MS/an ; 3 % de siccité ; 58 % MV

COGENERATION

MOTEUR A BIOGAZ Biogaz : 570 000 Nm3/an

Electricité : 906 500 kWh /an

Figure 34 : Description de la chaîne de traitement des boues de la STEP B

Pour la STEP B bis, les caractéristiques de la chaîne de traitement des boues sont données

dans la figure 35. Les caractéristiques des boues en début de la filière sont celles de la STEP

B, les autres sont celles calculées par le logiciel.

1427 t MS/an ; 6 % de siccité ; 74 % MV

1356 t MS/an ; 18 % de siccité ; 74 % MV Boues primaires : 721 t MS/an ; 5 % de siccité ; 76 % MV

EPAISSISSEMENT

FILTRE BANDE

FILTRE ROTATIF

Boues secondaires : 782 t MS/an ; 1 % de siccité ; 72 % MV

1427 t MS/an ; 6 % de siccité ; 74 % MV

1356 t MS/an ; 18 % de siccité ; 74 % MV Boues primaires : 721 t MS/an ; 5 % de siccité ; 76 % MV

EPAISSISSEMENT

FILTRE BANDE

FILTRE ROTATIF

Boues secondaires : 782 t MS/an ; 1 % de siccité ; 72 % MV

Figure 35 : Description de la chaîne de traitement des boues de la STEP B

1.1.3.3/ Autres hypothèses

Pour la production électrique, le logiciel permet de choisir différents mix énergétiques. Les

deux installations se trouvant en Europe (mais dans deux pays différents), nous

sélectionnerons le mix énergétique moyen européen.

Dans le document Analyse de cycle de vie appliquée aux systèmes de traitement des eaux usées : (Page 174-179)